π电子分子自组装可以通过分子之间的电子耦合作用获得单体所不具有的、独特的功能性质。在带电π电子体系中，携带有相同电荷的π电子分子的有序堆叠排列可产生与电中性分子组装不同的新型带电组装体，这种带电组装体可以提高载流子的稳定性和传导性，因此在光电子学、铁电子学和催化等领域具有广泛的应用。然而，由于相反电荷之间的静电吸引作用，带电π电子分子更倾向于采取正负电荷交替堆叠的方式，从而阻碍了π电子在组装体内的定向迁移。因此，开发一种可实现带相同电荷的π电子分子有序堆积组装的方法具有重要的科学意义和应用价值。
近日，课题组利用自适应芳香阳离子-π作用实现了带电π电子分子的多态性柱状组装。设计合成了一系列携带有不同长度烷基尾链的苯乙烯基吡啶盐衍生物，通过单晶X射线衍射、差式扫描量热法、偏光显微镜和小角X射线散射等手段研究组装结构及分子排列方式。结果表明，吡啶阳离子与苯环通过芳环阳离子-π相互作用紧密结合，形成首尾交替堆叠的、带正电的柱状组装体。所形成的柱状组装结构依赖于双位点阳离子-π作用的自适应键合模式（从交替堆叠到螺旋堆叠），展现出了交替堆叠的柱状结晶（Alt Cr）、六方柱状结晶（Hex Cr）、六方柱状液晶（Hex LC）、和立方液晶（Cub LC）多种相态。此外，这种带正电的柱状超分子材料可以作为高效的本征型光催化剂，并应用于CO2光催化还原。
相关研究成果发表于《Chem》（2024, DOI：10.1016/j.chempr.2024.01.026）
课题组博士生张哲霖为论文第一作者，慕斌副教授和田威教授为论文通讯作者。
全文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929424000470。